运筹学图与网络分析.pptx
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1、BDACABCD哥尼斯堡七空桥哥尼斯堡七空桥一笔画问题一笔画问题第1页/共106页哈哈密密尔尔顿顿(HamiltonHamilton)回回路路是是十十九九世世纪纪英英国国数数学学家家哈哈密密顿顿提提出出,给给出出一一个个正正1212面面体体图图形形,共共有有2020个个顶顶点点表表示示2020个个城城市市,要要求求从从某某个个城城市市出出发发沿沿着着棱棱线线寻寻找找一一条条经经过过每每个个城城市市一一次次而而且且仅仅一一次次,最最后后回回到到原原处处的的周周游游世世界界线线路路(并并不不要要求求经经过过每条边)。每条边)。第2页/共106页第3页/共106页第4页/共106页第5页/共106页
2、第6页/共106页第7页/共106页第8页/共106页第9页/共106页第10页/共106页第11页/共106页第12页/共106页第13页/共106页第14页/共106页第15页/共106页第16页/共106页第17页/共106页第18页/共106页第19页/共106页有有7 7个个人人围围桌桌而而坐坐,如如果果要要求求每每次次相相邻邻的的人人都都与与以以前前完完全全不不同同,试试问问不不同同的的就就座座方方案案共共有多少种?有多少种?用用顶顶点点表表示示人人,用用边边表表示示两两者者相相邻邻,因因为为最最初初任任何何两两个个人人都都允允许许相相邻邻,所所以以任任何何两两点点都都可以有边相连
3、。可以有边相连。第20页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第21页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第22页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第23页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第24页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第25页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第26页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第27页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第28页/共106页得到第一次就座方案是(得到第一次就座方案是(1 1,2 2,3 3,
4、4 4,5 5,6 6,7 7,1 1),继续寻求第二次就座方案时就不允许这些顶点),继续寻求第二次就座方案时就不允许这些顶点之间继续相邻,因此需要从图中删去这些边。之间继续相邻,因此需要从图中删去这些边。第29页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第30页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第31页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第32页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第33页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第34页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第35页/共106页1
5、 12 23 37 76 64 45 5第36页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第37页/共106页得出第二次就座方案是(得出第二次就座方案是(1 1,3 3,5 5,7 7,2 2,4 4,6 6,1 1),那么第三次就座方案就不允许这些顶点之间继),那么第三次就座方案就不允许这些顶点之间继续相邻,只能从图中删去这些边。续相邻,只能从图中删去这些边。第38页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第39页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第40页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第41页/共106页1 12 23 3
6、7 76 64 45 5第42页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第43页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第44页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第45页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第46页/共106页得得到到第第三三次次就就座座方方案案是是(1 1,4 4,7 7,3 3,6 6,2 2,5 5,1 1),那那么么第第四四次次就就座座方方案案就就不不允允许许这这些些顶顶点点之之间间继继续续相相邻邻,只只能能从从图图中中删删去去这这些些边边,只只留留下下7 7点点孤孤立立点点,所以该问题只有三个就座方案。
7、所以该问题只有三个就座方案。第47页/共106页1 12 23 37 76 64 45 5第48页/共106页引论 图的用处 某公司的 组织机构设置图总公司分公司工厂或办事处第49页/共106页一、图与网络的基本知识(一)、(一)、图与网络的基本概念图与网络的基本概念 EADCB1、一个图是由点和连线组成。(连线可带箭头,也可、一个图是由点和连线组成。(连线可带箭头,也可不带,前者叫弧,后者叫边)不带,前者叫弧,后者叫边)第50页/共106页v1v2v3v4v5v6e1e2e3e4e5e6e7e8e9e10例图图1一一个个图图是是由由点点集集 和和 中中元元素素的的无无序序对对的的一一个个集集
8、合合 构构成成的的二二元元组组,记记为为G G=(=(V V,E E),其其中中V V中中的的元元素素 叫叫做做顶顶点点,V表表示示图图G 的的点点集集合合;E中的元素中的元素 叫做边,叫做边,E表示图表示图G的边集合。的边集合。jvV=第51页/共106页 2 2、不不带带箭箭头头的的连连线线叫叫做做边边。如如果果一一个个图图是是由由点点和和边边所所构构成成的的,则则称称其其为为无无向向图图,记记作作G G=(=(V V,E E),连接点的边记作连接点的边记作 v vi i,v,vj j,或者或者 v vj j,v,vi i。3 3、若点与点之间的连线有方向,称为弧。如果一个图是由点和弧所构
9、成的,那么称、若点与点之间的连线有方向,称为弧。如果一个图是由点和弧所构成的,那么称它为有向图,记作它为有向图,记作D D=(=(V,AV,A),其中其中V V 表示有向图表示有向图D D 的点集合,的点集合,A A 表示有向图表示有向图D D 的弧集合。的弧集合。一条方向从一条方向从v vi i指向指向v vj j 的弧,记作的弧,记作(v vi i,v,vj j)。v4v6v1v2v3v5V=v1,v2,v3,v4,v5,v6,A=(v1,v3),(v2,v1),(v2,v3),(v2,v5),(v3,v5),(v4,v5),(v5,v4),(v5,v6)图图2第52页/共106页 4 4
10、、一条边的两个端点是相同的、一条边的两个端点是相同的,那么称这条边是环。那么称这条边是环。5 5、如果两个端点之间有两条以上的边,那么称它们为、如果两个端点之间有两条以上的边,那么称它们为多重边。多重边。6 6、不含环和多重边的图称为简单图;有多重边的图称、不含环和多重边的图称为简单图;有多重边的图称为多重图。为多重图。7、每一对顶点间都有边相连的无向简单图称为完全图。、每一对顶点间都有边相连的无向简单图称为完全图。有向完全图则是指任意两个顶点之间有且仅有一条有有向完全图则是指任意两个顶点之间有且仅有一条有向边的简单图。向边的简单图。第53页/共106页v1v2v3v4v5v6e1e2e3e4
11、e5e6e7e8e9e10 次为零的点称为弧立点,次为次为零的点称为弧立点,次为1 1的点称为悬挂点。悬挂的点称为悬挂点。悬挂点的关联边称为悬挂边。次为奇数的点称为奇点,次为偶点的关联边称为悬挂边。次为奇数的点称为奇点,次为偶数的点称为偶点。数的点称为偶点。8 8、以点、以点v v为端点的边的个数称为点为端点的边的个数称为点v v 的次,记作的次,记作 。图中图中 d(v1)=4,d(v6)=4(环计两次环计两次)第54页/共106页 定理定理1 1 所有顶点次数之和等于所有边数的所有顶点次数之和等于所有边数的2 2倍。倍。定理定理定理定理2 2 2 2 在任一图中,奇点的个数必为偶数。在任一
12、图中,奇点的个数必为偶数。所有顶点的入次之和等于所有顶点的出次之和。所有顶点的入次之和等于所有顶点的出次之和。有有向向图图中中,以以 v vi i 为为始始点点的的边边数数称称为为点点v vi i的的出出次次,用用 表示表示 ;以;以 v vi i 为终点的边数称为点为终点的边数称为点v vi i 的入次,的入次,用用 表示;表示;v vi i 点的出次和入次之和就是该点的次。点的出次和入次之和就是该点的次。第55页/共106页9 9 9 9、设设设设G=G=(V V,E E),GG=(V V,E,E)如如果果V V,E E,称称G 是是G的的子子图图;如如果果V=V,E E,称称G 是是G的
13、的生生成成子子图图或或支支撑撑子子图。图。v1v2v3v4v5v6v7e1e2e3e4e5e6e7e8e9e10e11(a)e5e7v1v2v5v6v7e1e6e8(b)子图子图v1v2v3v4v5v6v7e1e6e7e9e10e11(c)支撑子图支撑子图第56页/共106页在实际应用中,给定图中每条边在实际应用中,给定图中每条边 ,对应一,对应一个数个数 ,称之为,称之为 “权权”。通常把这种赋权的图称为。通常把这种赋权的图称为网络。网络。10 10、由两两相邻的点及其相关联的边构成的点边序列、由两两相邻的点及其相关联的边构成的点边序列称为链。称为链。如如:v v0 0 ,e e1 1,v
14、v1 1,e e2 2,v v2 2,e e3 3 ,v v3 3,v,vn-1n-1,e en n ,v vn n,e3v1v2v3v4v5v6e7e8e1e2e4e5e6e9e10第57页/共106页 11 11、图中任意两点之间均至少有一条链相连,则称此、图中任意两点之间均至少有一条链相连,则称此图为连通图。图为连通图。其链长为其链长为 n,其中其中 v0,vn 分别称为链的起点和终点分别称为链的起点和终点 。所含的点、边均不相同的链称为初等链。起点和终点是。所含的点、边均不相同的链称为初等链。起点和终点是同一个点的链称为圈。同一个点的链称为圈。第58页/共106页(二)、(二)、图的矩
15、阵表示图的矩阵表示对于网络(赋权图)对于网络(赋权图)G=(V,E),其中边其中边有权有权 ,构造矩阵,构造矩阵 ,其中:,其中:称矩阵称矩阵A A为网络为网络G G的权矩阵。的权矩阵。设图设图G=(V,E)中顶点的个数为中顶点的个数为n,构造一个构造一个矩阵矩阵 ,其中:,其中:称矩阵称矩阵A A为网络为网络G G的邻接矩阵。的邻接矩阵。第59页/共106页例例权矩阵为:权矩阵为:邻接矩阵为:邻接矩阵为:v5v1v2v3v4v64332256437第60页/共106页 二、二、树及最小树问题树及最小树问题 已已知知有有六六个个城城市市,它它们们之之间间 要要架架设设电电话话线线,要要求求任任
16、意意两个城市均可以互相通话,并且电话线的总长度最短。两个城市均可以互相通话,并且电话线的总长度最短。v1v2v3v4v5v6 1 1、一个连通的无圈的无向图叫做树。、一个连通的无圈的无向图叫做树。树中次为树中次为1 1的点称为树叶,次大于的点称为树叶,次大于1 1的点称为分支点。的点称为分支点。第61页/共106页 树树的性质:的性质:(1 1)数必连通,但无回路(圈)。数必连通,但无回路(圈)。(2 2)n个顶点的树必有个顶点的树必有n-1条边条边。(3 3)树树中任意两个顶点之间,恰有且仅有一条链(初中任意两个顶点之间,恰有且仅有一条链(初等链)。等链)。(4 4)树)树连通,但去掉任一条
17、边,连通,但去掉任一条边,必变为不连通。必变为不连通。(5 5)树树无回路(圈),但不相邻的两个点之间加一条无回路(圈),但不相邻的两个点之间加一条边,恰得到一个回路(圈)。边,恰得到一个回路(圈)。v1v2v3v4v5v6第62页/共106页 2 2、若图若图G=(V,E)的生成子图是一个树的生成子图是一个树,那么称那么称该树该树 是是G 的一个生成树(支撑树),或简称为图的一个生成树(支撑树),或简称为图G 的树。图的树。图G中属于生成树的边称为树枝,不在生成树中的边称为弦。中属于生成树的边称为树枝,不在生成树中的边称为弦。一个图一个图G 有生成树的充要条件是有生成树的充要条件是G是连通图
18、。是连通图。v1v2v3v4v5v1v2v3v4v5第63页/共106页(一)(一)破圈法:在图中任选一个圈,从这个圈破圈法:在图中任选一个圈,从这个圈中去掉一条边。在余下的图中重复这个步骤,中去掉一条边。在余下的图中重复这个步骤,直到得到一不含圈的图为止。直到得到一不含圈的图为止。第64页/共106页第65页/共106页用破圈法求出下图的一个生成树。用破圈法求出下图的一个生成树。v1v2v3v4v5e1e2e3e4e5e6e7e8v1v2v3v4v5e2e4e6e8v1v2v3v4v5e1e2e3e4e5e6e7e8第66页/共106页(二)(二)避圈法:开始选一条边,以后每一步中,避圈法:
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